CN209215144U - 全自动碳罐测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种全自动碳罐测试装置，包括通过线路连接的气源控制单元、电路单元，程序控制单元和称量单元，采用的气源为氮气和丁烷气，其特征在于：所述的气源控制单元、电路单元和称量单元分别设于机柜内，所述的气源控制单元包括若干电磁开关阀和通过连接管道连接的若干质量流量计，所述的电路单元包括空气开关，开关电源，接线端子和继电器，所述的称量单元为第一天平和第二天平，所述的程序控制单元包括PLC控制器和触摸控制面板，所述程序控制单元中的PLC控制器设于机柜内，所述的触摸控制面板设于机柜的前面板上。本实用新型将测试重要部件有效地结合在一起，测定结果准确，操作简单，全程自动化控制。

Description

全自动碳罐测试装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于发动机油箱体检测的装置，特别是公开一种全自动碳罐测试装置，可在测试机柜上完成对碳罐能力测试。

背景技术

碳罐主要用于控制蒸发排放，作为发动机油箱燃油蒸汽的暂存部件，通过将油箱产生的燃油蒸汽吸附到碳罐内部的活性炭上，再进行反向脱附，使脱附蒸汽进入发动机参与燃烧。碳罐吸附量应达到发动机每日蒸发排放量的2倍，碳罐容量需要适宜，大容量未必效果更好，由于脱附过程不彻底，有效使用容积只是碳罐容积的一部分，单碳罐死角吸附HC释放时，发动机的蒸发排放会升高。所以对碳罐的吸附能力进行测试是很必要的。

目前国内对于碳罐的测试方法和技术手段还没有相关的法规文件，对碳罐测试的设备结构复杂，一般都需要通过人工手动干预的方式完成。根据现有技术美国的相关法规，完成一个碳罐的测试流程往往需要几小时到几十个小时，而且在测试过程中要时刻关注天平的读数变化，不然错过了击穿和吹扫的时间，测试结果就会不准，非常耗时耗精力。

碳罐的测试是一个复杂又耗时的过程，一个容量大的碳罐测试过程可能要数十个小时，要想达到全自动分析，流程必须形成一个完整的闭环。目前国内外国外以前也有相关半自动测试系统，其进气系统是自动控制的，但是单天平的读数不能反馈给PLC识别，还是需要人工干预，只能实现了半自动控制，且结构较为复杂，价格非常昂贵。而少数全自动测试系统则零部件繁多，设计复杂，占用空间相对也大，一般只适用于实验室测试，不利于推广。所以目前碳罐测试系统并没有形成商业化产品推向市场。

发明内容

本实用新型的目的是解决现有技术的缺陷，设计一种全自动碳罐测试装置，可在一个机柜内全自动完成碳罐吸附能力的测试，占用空间小，且无需人工干预，测试结果准确，有利于产品推广。

本实用新型是这样实现的：一种全自动碳罐测试装置，包括通过线路连接的气源控制单元、电路单元，程序控制单元和称量单元，采用的气源为氮气和丁烷气，其特征在于：所述的气源控制单元、电路单元和称量单元分别设于机柜内，所述的气源控制单元包括若干电磁开关阀和通过连接管道连接的若干质量流量计，所述的电路单元包括空气开关、开关电源、接线端子和继电器，所述的称量单元为第一天平和第二天平，所述的程序控制单元包括PLC控制器和触摸控制面板，外接220V电源经所述的接线端子连接至空气开关，再分别连接到所述的开关电源和触摸控制面板，经开关电源的电压转换为12V直流电流后再分别提供给PLC控制器和继电器，所述的第一天平和第二天平通过两芯屏蔽电缆将4～20mA信号连接到PLC控制器，所述的触摸控制面板和PLC控制器之间通过一根标准485串口线连接，所述程序控制单元中的PLC控制器设于机柜内，所述的触摸控制面板设于机柜的前面板上。

所述机柜的柜体分为上、中、下三层，其中上层的前面板上安装有触摸控制面板及工作指示灯、声光报警灯和USB接口，中层安装用于放置测试碳罐的第一天平，下层安装用于放置第二碳罐的第二天平，所述测试装置的气路连接路径为：所述的丁烷气气路为丁烷气接口顺序连接第一电磁开关阀和第一质量流量计，所述的氮气气路分为两路，其中第一路为氮气接口顺序经第二电磁开关阀和第二质量流量计后通过三通与丁烷气气路汇合成混合气气路，所述的混合气气路顺序连接测试碳罐的T口、测试碳罐的A口、第四电磁开关阀、第二碳罐的T口、第二碳罐的A口，最后经管道连接至机柜的放空口，所述的氮气气路另一路为吹扫气路，此路氮气气路为顺序自第三电磁开关阀、第三质量流量计、三通、测试碳罐的A口、测试碳罐的P口、第五电磁开关阀、三通、第二碳罐的T口、第二碳罐的A口至机柜的放空口。

所述的机柜宽600mm、深800mm、高1600mm，前、后门可分别打开，前门通体采用钢化玻璃，所述的电磁开关阀采用亚德客直动式不锈钢电磁阀，并将其接口转接成4mm的快速接头，所述的质量流量计采用七星华创的DA-07系列，所述的空气开关采用施耐德电气有限公司生产的10A空气开关，所述的开关电源为35W12V的开关电源，所述的继电器采用欧姆龙自动化(中国)有限公司生产的12V继电器。

测试工作时，所述的第一质量流量计和第二质量流量计工作时为相同的流速，其中第一质量流量计和第二质量流量计的量程为0～200ml/min，第三质量流量计的量程为0～20L/min，所述的第一天平采用美国康州华志电子有限公司生产的PTX-JA1000S型天平，精度达到1mg，所述的第二天平采用美国康州华志电子有限公司生产的PTY-B320型天平，精度达到0.1g，两个天平都具备4～20mA数据传输功能，氮气的输出压力为0.3Mpa，丁烷气的输出压力为0.2Mpa，测试碳罐接口采用硅胶管接头，完成测试后，声光报警灯持续亮灯报警1分钟，并在触摸控制面板上显示提示信号，测试过程数据通过触摸控制面板直接查看或者通过USB接口导出。

吹扫工作时，氮气流速为测试碳罐体积的400倍/分钟，流速由PLC控制器控制，所述的第三电磁开关阀和第五电磁开关阀为连锁工作。

本实用新型的有益效果是：本实用新型从测试装置的结构设计、气源处理、连接管道、气路流程和数据存储等几个方面进行了改进，将整个测试装置设计为机柜布局，呈立体式排布，节省了空间，且由于测试用的天平设置在机柜中，没有空气流动的干扰，测试数据更加稳定；对气源氮气和丁烷气的输入元件均配备不锈钢双极减压阀，使输出压力更加恒定，有利于后续测试；所有的气路管道全部采用4mmPU管道，相互间通过快速接头连接，碳罐的接口全部采用塑料的快插卡口，由于不同的碳罐接口大小不一样，所以碳罐接口端的连接管采用变径硅胶管，弹性大，适配性好，密封性好，而另一端则通过变径和PU管连接，连接处采用手捏弹簧卡箍卡紧，连接方便，同时也保证了气密性；由于本实用新型的气源只采用氮气和丁烷气，所以气源入口只需要设置两个接口，整个气路无死体积，气路吹扫更干净，实验结果更准确；本实用新型测试过程中的数据的存储按照设定的次数和表格形式存储在触摸控制面板的缓存中，分析完成后可以将测试过程数据和结果数据全部拷贝出来，有利于后续的分析和使用。

本实用新型通过质量流量计的应用，使气体的流速控制更加精准，电磁开关阀的设计使气体的开关响应更迅速，天平的数据可自动通过4～20mA信号传到PLC控制器，当两个天平质量分别增加到设定值时，能立即执行相应的下一步动作，使最终计算获得的碳罐吸附丁烷气体的含量更加准确。本实用新型通过将重要的测试部件有效地结合，达到了理想的测试效果，通过稳定的气路控制和电路控制能确保测试装置长时间开机工作，测试控制操作简单，整个测试运行过程实现全部自动化控制，无需人工干预。

附图说明

图1是本实用新型全自动碳罐测试装置的机柜布局示意图。

图2是图1的后视图。

图3是本实用新型的气路连接关系示意图。

图中：1、工作指示灯； 2、声光报警灯； 3、触摸控制面板； 4、USB接口； 5、上层隔板； 6、下层隔板； 7、走线槽； 8、PLC控制器； 9、接线端子； 21、第一电磁开关阀； 22、第一质量流量计； 23、第二电磁开关阀； 24、第二质量流量计； 25、第三电磁开关阀； 26、第三质量流量计； 27、第四电磁开关阀； 28、第五电磁开关阀； 29、测试碳罐； 30、第一天平；31、第二碳罐； 32、第二天平。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型为一种全自动碳罐测试装置，包括通过线路连接的气源控制单元、电路单元，程序控制单元和称量单元，采用的气源为氮气和丁烷气。

实施例1：

根据附图1、附图2和附图3，所述的气源控制单元、电路单元和称量单元分别设于机柜内。所述的气源控制单元包括若干电磁开关阀和通过连接管道连接的若干质量流量计。所述的电路单元包括施耐德10A的空气开关，35W12V的开关电源，接线端子，欧姆龙12V继电器。所述的称量单元为第一天平30和第二天平32，所述的第一天平采用美国康州华志电子有限公司生产的PTX-JA1000S型天平，精度达到1mg，所述的第二天平采用美国康州华志电子有限公司生产的PTY-B320型天平，精度达到0.1g，两个天平都具备4～20mA数据传输功能。所述的程序控制单元包括西门子S7-200PLC控制器8、和触摸控制面板3。

所述的电磁开关阀采用亚德客直动式不锈钢电磁阀，并将接口转接成4mm的快速接头。所述的质量流量计采用七星华创的DA-07系列，其中第一质量流量计22和第二质量流量计24的量程为0～200ml/min，第三质量流量计26的量程为0～20L/min。

所述的机柜宽600mm、深800mm、高1600mm，前后门可打开，前门通体采用钢化玻璃，后门打开后上部分的机柜内安装有电路单元、气源控制单元及程序控制单元中的PLC控制器8和信号转换模块。机柜的柜体分为上、中、下三层，其中上层的前面板上安装有便于测试人员操控的触摸控制面板3及工作指示灯1、声光报警灯2、USB接口4，中层安装有第一天平30，且第一天平30上还放置有测试碳罐29，下层安装有第二天平32，同时第二天平32上面放置有第二碳罐31。

根据附图3，本实用新型的气路连接关系示意图，本实用新型工作路径如下：

本实用新型采用的气源为氮气和丁烷气，所述的丁烷气顺序经第一电磁开关阀21和第一质量流量计22以设定流速流出。氮气则分为两路，其中第一路为用于测试的气路，顺序经第二电磁开关阀23和第二质量流量计24后以和丁烷气相同的流速流出，即第一质量流量计22和第二质量流量计24以相同的流速工作。流出后的氮气和丁烷气经一个三通混合成混合气后进入测试碳罐29的T口，所述的混合气经测试碳罐29后由A口流出，再顺序经过第四电磁开关阀27后进入到第二碳罐31的T口，接着由到第二碳罐31的A口流出通过管道连接至机柜的放空口，所述的放空口连接有一根管道，将排出的气体排到室外。同时，第一电磁开关阀21、第二电磁开关阀23、第四电磁开关阀27设定为连锁形式，工作状态为同时打开或者同时关闭。所述氮气的第二路为吹扫气路，顺序经过第三电磁开关阀25和第三质量流量计26后流出，经三通阀控制从测试碳罐29的A口进P口出，返回至三通阀，经三通阀切换后再经过第五电磁开关阀28流到第二碳罐31的T口，再从第二碳罐31的A口流出至机柜放空口排空至室外。进行吹扫碳罐时，采用的流速为测试碳罐体积的400倍/分钟，流速根据测试碳罐体积由PLC控制器8计算获得并自动作出相应变化控制。所述的第三电磁开关阀25和第五电磁开关阀28设定为连锁，工作状态为同时打开或者同时关闭。

本实用新型进行碳罐测试时，先分别连接氮气和丁烷气到对应的接口，打开气源，调整氮气输出压力0.3Mpa，调整丁烷气输出压力0.2Mpa。第二天平32上预先放置一个100g的第二碳罐31，连接好气路管道。将需要测试的测试碳罐29放置在第一天平30的上面，并选择合适测试碳罐接口的硅胶管接头，对应连接到测试碳罐29的三个接口上。在触摸控制面板3上输入测试碳罐29的体积和测试的次数，按启动开始测试。待完成测试后，声光报警灯2会持续亮灯报警1分钟，并在触摸控制面板3显示提示信号。测试过程数据可在触摸控制面板3上直接查看或者通过USB接口4导出。

对测试碳罐进行测试的流程是按固定的流速1:1进行持续通入丁烷气和氮气，丁烷气会被测试碳罐中的活性碳吸附，测试的目的就是看测试碳罐最多可以吸附多少克的丁烷气，以此来计算测试碳罐的吸附效率。所述测试装置中的第二天平32上的第二碳罐31重量增加2克时就可以判定第一天平30上的测试碳罐29达到吸附饱和（击穿）状态。

单次完整的测试工作流程是：将测试碳罐29置于机柜中层的第一天平30上，在根据附图2进行气路连接之后，先通入氮气进行吹扫，同时开始计时，并且PLC控制器8将第一天平30和第二天平32吹扫前的读数自动记录于触摸控制面板3的缓存中，吹扫30min后，再次记录第一天平30和第二天平32的读数。在吹扫结束再静止5min之后打开丁烷气和氮气气源开始测试，打开气路上的第一电磁开关阀21、第一质量流量计22、第二电磁开关阀23、第二质量流量计24和第四电磁开关阀27，PLC控制器8监测第一天平30和第二天平32的读数，并将第一天平30测试前的读数自动记录于触摸控制面板3的缓存中。直至PLC控制器8监测到第二天平32的质量增加了2克时，关闭气路上第一电磁开关阀21、第一质量流量计22、第二电磁开关阀23、第二质量流量计24和第四电磁开关阀27，并记录此时第一天平30的读数。PLC控制器8计算出第一天平30前后的差值，此差值就是测试碳罐29的吸附量。再静止5min，单次测试流程结束。为保证测试数据的准确性，一般一个碳罐需要重复上述步骤测试5～10次左右才算测试完成。

本实用新型将测试重要部件有效地结合在一起，达到了理想的测试效果，实现稳定的气路控制和电路控制，确保装置长时间开机工作，对于高纯气体中各项杂质均能表现出很好的响应，测定结果能满足气体标准要求。而且操作简单，整个运行过程全部自动化控制。

Claims (5)

1.一种全自动碳罐测试装置，包括通过线路连接的气源控制单元、电路单元，程序控制单元和称量单元，采用的气源为氮气和丁烷气，其特征在于：所述的气源控制单元、电路单元和称量单元分别设于机柜内，所述的气源控制单元包括若干电磁开关阀和通过连接管道连接的若干质量流量计，所述的电路单元包括空气开关、开关电源、接线端子和继电器，所述的称量单元为第一天平和第二天平，所述的程序控制单元包括PLC控制器和触摸控制面板，外接220V电源经所述的接线端子连接至空气开关，再分别连接到所述的开关电源和触摸控制面板，经开关电源的电压转换为12V直流电流后再分别提供给PLC控制器和继电器，所述的第一天平和第二天平通过两芯屏蔽电缆将4～20mA信号连接到PLC控制器，所述的触摸控制面板和PLC控制器之间通过一根标准485串口线连接，所述程序控制单元中的PLC控制器设于机柜内，所述的触摸控制面板设于机柜的前面板上。

2.根据权利要求 1 所述的全自动碳罐测试装置，其特征在于：所述机柜的柜体分为上、中、下三层，其中上层的前面板上安装有触摸控制面板及工作指示灯、声光报警灯和USB接口，中层安装用于放置测试碳罐的第一天平，下层安装用于放置第二碳罐的第二天平，所述测试装置的气路连接路径为：所述的丁烷气气路为丁烷气接口顺序连接第一电磁开关阀和第一质量流量计，所述的氮气气路分为两路，其中第一路为氮气接口顺序经第二电磁开关阀和第二质量流量计后通过三通与丁烷气气路汇合成混合气气路，所述的混合气气路顺序连接测试碳罐的T口、测试碳罐的A口、第四电磁开关阀、第二碳罐的T口、第二碳罐的A口，最后经管道连接至机柜的放空口，所述的氮气气路另一路为吹扫气路，此路氮气气路为顺序自第三电磁开关阀、第三质量流量计、三通、测试碳罐的A口、测试碳罐的P口、第五电磁开关阀、三通、第二碳罐的T口、第二碳罐的A口至机柜的放空口。

3.根据权利要求 2 所述的全自动碳罐测试装置，其特征在于：测试工作时，所述的第一质量流量计和第二质量流量计工作时为相同的流速，其中第一质量流量计和第二质量流量计的量程为0～200ml/min，第三质量流量计的量程为0～20L/min，所述的第一天平采用美国康州华志电子有限公司生产的PTX-JA1000S型天平，精度达到1mg，所述的第二天平采用美国康州华志电子有限公司生产的PTY-B320型天平，精度达到0.1g，两个天平都具备4～20mA数据传输功能，氮气的输出压力为0.3Mpa，丁烷气的输出压力为0.2Mpa，测试碳罐接口采用硅胶管接头，完成测试后，声光报警灯持续亮灯报警1分钟，并在触摸控制面板上显示提示信号，测试过程数据通过触摸控制面板直接查看或者通过USB接口导出。

4.根据权利要求 2 所述的全自动碳罐测试装置，其特征在于：吹扫工作时，氮气流速为测试碳罐体积的400倍/分钟，流速由PLC控制器控制，所述的第三电磁开关阀和第五电磁开关阀为连锁工作。

5.根据权利要求 1 所述的全自动碳罐测试装置，其特征在于：所述的机柜宽600mm、深800mm、高1600mm，前、后门可分别打开，前门通体采用钢化玻璃，所述的电磁开关阀采用亚德客直动式不锈钢电磁阀，并将其接口转接成4mm的快速接头，所述的质量流量计采用七星华创的DA-07系列，所述的空气开关采用施耐德电气有限公司生产的10A空气开关，所述的开关电源为35W12V的开关电源，所述的继电器采用欧姆龙自动化(中国)有限公司生产的12V继电器。